2809.Автоматизация в электроэнергетике и электротехнике

разности электромагнитного усилия и силы трения, вычисляем по формуле

Первая изготовленная конструкция не дала необходимого усилия в 400 кГс на штоке. Усилие оказалось равными 300–350 кГс. Это связано с асимметрией радиального магнитного поля между индуктором и вторичным элементом из-за наличия одного паза под концы соединяемых трехфазных обмоток (рис. 3).

Рис. 3. Вариант индуктора с одним пазом под трехфазную обмотку

Из-за асимметрии радиального магнитного потока вторичный элемент притягивался к индуктору, создавая дополнительное механическое трение, уменьшавшее усилие [2].

Для устранения этого вредного эффекта была изменена конструкция индуктора. Для уменьшения трения и центрирования вторичного элемента в модуле был добавлен промежуточный подшипник скольжения.

Кроме того, изменили конструкцию пазов индуктора для размещения концов трехфазной обмотки. Сделали три симметричных выреза через 120°, в каждый из которых уложили концы своих фаз

(рис. 4).

В таблице приведены данные экспериментальных замеров усилий и тока двигателя для этих двух вариантов: для варианта индуктора с одним пазом под

трехфазную обмотку (1×3ф) и вариант индуктора с тремя симметричными пазами, каждый под свою фазу (3×1ф).

Рис. 4. Вариант индуктора с тремя симметричными пазами, каждый под свою фазу

Данные экспериментальных усилий и тока двигателя

Графическое представление снятых замеров приведено на рис. 5.

Рис. 5. Усилие на вторичном элементе в зависимости от конструкций

При проектировании цилиндрического линейного вентильного двигателя (ЦЛВД) особое внимание было уделено увеличению усилия, действующего на ротор. Для этого проводилась оптимизация конструкции статора и ротора. В результате были проведены многовариантные расчеты характеристик и выбрана наиболее рациональная конструкция ЦЛВД [3].

Топология магнитного поля ЦЛВД полагается трехмерной и значительно отличается от обычных двигателей вращательного движения. Магнитное поле ЦЛВД является радиально-аксиальным (рис. 1). Поле двигателя вращательного движения полагается двухмерным, распределенным в поперечном сечении машины и однородным вдоль ее оси вращения (рис. 2).

Теоретически ЦЛВД можно рассчитать численными методами и найти распределение магнитного поля во всех

частях машины. Нахождение численных решений для радиально-аксиального поля ЦЛВД связано с чрезмерно большим объемом вычислений. Расчет трехмерной модели радиально-аксиального поля составляет несколько десятков часов машинного времени ЭВМ, что неприемлемо для многовариантного расчета характеристик.

Рис. 1. Сечение ЦЛВД с трехмерным ради- ально-аксиальным распределением электромагнитного поля

Приближенное решение поля ЦЛВД с вполне достаточной точностью, может быть найдено путем сведения пространственной задачи к плоской. Задача считается плоской, если нет изменения поля по третьей координате, т.е. поле по этой координате однородно. В результате, если свести задачу к двухмерной, то можно значительно сократить трудоемкость вычислений [1]. При численных методах плоская (двухмерная) задача решается на ЭВМ в течение нескольких минут, что является приемлемым для многовариантного расчета характеристик.

Анализ магнитных полей ЦЛВД (см. рис. 1) и двигателя вращательного движения (см. рис. 2) производился по плоскости YZ воздушного зазора. Сравнение показало, что магнитное поле обеих двигателей вдоль оси движения Z является распределенным, а поперек оси движения Y однородным. Анализ полей позволил сделать заключение о возможности преобразования трехмерной геометрической модели к двухмерной относительно плоскости воздушного зазора YZ. Для этого необходимо преобразовать геометрию ЦЛВД в геометрию двигателя вращательного движения относитель-

но воздушного зазора. Равенство площадей и линейных размеров рабочей поверхности статора моделей гарантирует эквивалентность сил между статором и ротором при преобразовании геометрии.

Преобразование моделей осуществляется изменением топологии воздушного зазора. По оси Y моделей круговой воздушный зазор ЦЛВД распрямляется в линию двигателя вращательного движения. По оси Z моделей линейный воздушный зазор ЦЛВД сворачивается в круговой воздушный зазор двигателя вращательного движения.

Математическое описание преобразования геометрии. Для преобразо-

вания геометрии используем закон Ома для магнитной цепи. В пределах каждого участка геометрического преобразования магнитнаяцепь должна быть однородной. Математически это выражается в равенстве магнитных сопротивлений каждого участка трехмерной геометрической модели ЦЛВД Rм и двухмерной расчетной модели Rм′

Расписываем уравнение через геометрические размеры участков моделей

где L1n , L2n – линейные размеры трехмерной модели; L1′ – глубина двухмерной модели; L2′n – линейные размеры

сечений участков двухмерной модели. При анализе моделей выяснилось,

что в некоторых случаях не меняются длины силовых линий (ln = ln′ ), соответ-

ственно, они сокращаются. В результате уравнение (4) может упрощаться:

Уравнение (5) эквивалентно общеизвестному конформному преобразованию. Таким образом, конформное преобразование – частный случай расчета, когда длина силовых линий не меняется.

Пользуясь уравнениями (4) и (5), можно преобразовать трехмерную геометрическую модель ЦЛВД в эквивалентную двухмерную.

геометрической модели.

При преобразовании происходит изменение линейных размеров неизменной площади сечения. Трехмерная модель сжимается по длинам окружностей L1n до равенства их рабочей длине ок-

ружности статора L10 = L1′. Линейный размер магнитопровода L2′n в направле-

нии движения ротора будет наоборот расширяться вдвухмерной модели по сравнению с трехмерной (рис. 3) .

Зная условие неизменности линейного размера L1′ = L10 , рассчитываем на основании формулы (5) линейные размеры L2′n для всех радиальных геометрических участков двухмерной модели:

а

б

Рис. 3. Преобразование размеров участка ЦЛВД с радиальным распределением поля трехмерной модели (а) в двухмерную с глубиной L1′ (б)

Линейные размеры окружностей статора L1n трехмерной модели находят через радиусы зубцового деления Rn:

Учитывая, что угол окружности равен 360° и паре полюсов соответствует 6 углов φ′, находим количество пар полюсов двухмерной модели:

Полученное значение p не будет целым, поэтому округляем его до ближайшего большего. Далее по формуле (9), решая обратную задачу, находим скорректированный угол φ′. В результате коррекции угла φ′ изменяем геометрию паза зубцового деления на трапецию.

По известным p и φ′ находим радиус статора двухмерной модели:

где tz = tz′; tz , tz′ – размер зубцового деле-

ния трехмерной и двухмерной моделей. Участки с аксиальным направлени-

ем поля (по оси Z) трехмерной модели изменяются по длине средней силовой линии при преобразовании к двухмерной. При этом эти участки имеют одинаковые площади сечения с обеих сторон. Изменение длины средней силовой линии ln′ в секторе происходит из-за нали-

чия взаимосвязи угла φ′ двухмерной модели и радиуса Rn′. По известным значе-

ниям φ′ и Rn′ находим

ется в двухмерной модели по сравнению с трехмерной (рис. 4).

Линейные размеры окружностей статора L1n трехмерной модели находят по

формуле (7) через радиусы зубцового де-

ления Rn.

Силовая линия от аксиального направления поля ln′ идет по дуге окруж-

ности (рис. 4, б). Зная условие неизменности линейного размера рассчитываем линейные размеры L2′n , используя вы-

ражение (4). При этом необходимо учитывать значения длин силовых линии ln′ ,

полученных ранее по формуле (11) и взятых с трехмерной модели ln:

Участки с изменением направления поля от радиального к аксиальному не преобразуются. Они «сшиваются» по точкам рассчитанных участков двухмерной модели. Полная геометрия зубцового деления трехмерной и двухмерной модели, с учетом радиального и аксиального направления поля представлена на рис. 5.

Введение. Электромеханика формирует основу современной электроэнергетики, находясь в центре международного внимания, поэтому такая учебная дисциплина, как английский язык, является исключительно важной для специалистов в области электротехники и энергетики.

В течение нескольких лет на кафедре электротехники и электромеханики Пермского национального исследовательского политехнического университета реализуется магистерская программа «Электромеханика» [1–4]. В рамках этой программы осуществляется углубленная англоязычная профессиональная подготовка магистрантов по дисциплине «Терминология и стандарты Международной электротехнической комиссии» общей трудоемкостью 96 часов, в том числе 27 часов аудиторных практических занятий. Обучение осуществляется

по авторской программе и методике, основы которой излагаются в настоящей статье.

Цель обучения и ее достижение на основе компетентностного подхода.

Цель обучения заключается именно в специализированной лингвистической подготовке дипломированных магистров по направлению «Электроэнергетика и электротехника» в области англоязычной технической терминологии на основе принятых Международной электротехнической комиссией (МЭК) стандартов и положений для активного использования их в своей деятельности. В рамках подготовки осуществляется формирование необходимого лексического запаса профессиональных англоязычных выражений, принятых сокращений, обозначений, единиц величин, получение знаний грамматических форм и правил построения устной технической